Metall‐Kunststoff‐Verbunde: Modellversuche zur Optimierung

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Vol. 50; no. 10; pp. 1181 - 1195
• Main Authors: Bräuer, M., Edelmann, M., Lehmann, D., Tuschla, M.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Weinheim Wiley Subscription Services, Inc 01-10-2019
• Subjects: Adhesion; adhesion layer; Adhäsionsschicht; Bond strength; Bonding strength; Dies; Energy release rate; Flexible components; laboratory press (compression moulding); Laborpresse; Metal plastic hybrid; Metall-Kunststoff-Verbund; Optimization; Peel tests; Polyurethan; polyurethane; Polyurethane resins; Powder coating; powder coating material; Pressure molding; Pulverlack; Steel plates; Urethane thermoplastic elastomers
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201800149

Metall‐Kunststoff‐Verbunde werden als Bausteine für Leichtbaulösungen immer mehr an Bedeutung gewinnen. In dieser Arbeit wird über Modellversuche zur Optimierung der Herstellung von Dreischichtverbunden aus Stahlblech, einer Adhäsionsschicht aus einem Uretdionlack und der flexiblen Weichkomponente (thermoplastisches Polyurethan (TPU)) berichtet. Die Verbundbildung erfolgt in einem Pressverfahren. Es erfolgt sowohl eine Modifizierung der Adhäsionsschicht, als auch die Modifizierung der Weichkomponente mit dem Ziel einer Erhöhung der Verbundfestigkeit. Als quantitatives Maß dafür wird aus der im Schälversuch gemessenen Schälkraft ein „scheinbarer GIc‐Wert“ berechnet. Für Verbunde mit einer thermoplastischen Polyurethan‐Streifendicke von 2 mm wird der GIc‐Wert gegenüber dem Verbund mit unmodifizierten Komponenten um ca. 30 % auf 16 N/mm erhöht. Damit weisen diese Verbunde ähnlich hohe Verbundfestigkeiten auf wie die stabilsten Verbunde aus der Literatur. Abschließend werden die erzielten Optimierungsergebnisse hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Interpretation des Haftungsmechanismus in der Grenzschicht Adhäsionsschicht‐thermoplastisches Polyurethan diskutiert.
Translation
Metal plastic hybrids will become more important as components for lightweight constructions. It is reported about optimisation of making three layer hybrids consisted of a steel plate, an adhesion layer based of uretdione powder coating material and a flexible component polyurethane in model experiments. Hybrid formation is performed in a compression moulding process. The adhesion layer and the polyurethane are modified to increase the hybrid bond strength. Peel test are conducted to quantitatively characterize the bond strength and an apparent energy release rate is calculated based on the peel force. For hybrids with widths of 2 mm polyurethane stripes it is possible to increase the apparent energy release rate for about 30 % to 16 N/mm in comparison with a hybrid with unmodified components. These hybrids have the same high bond strength level as the strongest hybrids reported in literature. Concluding the optimisation results are discussed related to their relevancy for the interpretation of the adhesion mechanisms in the interface between adhesion layer and polyurethane.